Java异常处理机制

一、异常概述与异常体系结构

异常概述

在使用计算机语言进行项目开发的过程中，即使程序员把代码写得尽善尽美，在系统的运行过程中仍然会遇到一些问题，因为很多问题不是靠代码能够避免的，比如：客户输入数据的格式，读取文件是否存在，网络是否始终保持通畅等等。
程序运行时，发生的不被期望的事件，它阻止了程序按照程序员的预期正常执行，这就是异常（开发过程中的语法错误和逻辑错误不是异常）。
Java程序在执行过程中所发生的异常事件可分为两类：
Error：Java虚拟机无法解决的严重问题。如：JVM系统内部错误、资源耗尽等严重情况。比如：StackOverflowError（栈溢出）和OOM（内存溢出）。一般不编写针对性的代码进行处理。
Exception: 其它因编程错误或偶然的外在因素导致的一般性问题，可以使用针对性的代码进行处理。例如：
空指针访问
试图读取不存在的文件
网络连接中断
数组角标越界

Error示例代码：

public class ErrorTest {
    public static void main(String[] args) {
        /*
         * 1、栈溢出：java.lang.StackOverflowError
         *   原因 : 函数调用栈太深了,注意代码中是否有了循环调用方法而无法退出的情况
         *   StackOverflowError 是一个java中常出现的错误：在jvm运行时的数据区域中有一个java虚拟机栈，当执行java方法时会进行压栈弹栈的操作。在栈中会保存局部变量，操作数栈，方法出口等等。jvm规定了栈的最大深度，当执行时栈的深度大于了规定的深度，就会抛出StackOverflowError错误。
         * */
        main(args);
 
        /*
         * 2、堆溢出：java.lang.OutOfMemoryError
         *   原因：Java中所有的对象都存储在堆中，通常如果JVM无法再分配新的内存，内存耗尽，垃圾回收无法及时回收内存，就会抛出OutOfMemoryError。
         * */
        Integer[] arr = new Integer[1024 * 1024 * 1024];
 
    }
}

Exception示例代码：

import java.io.FileInputStream;
 
public class ExceptionTest {
    public static void main(String[] args) {
        /*
         * 1、运行时异常：java.lang.ArithmeticException
         *  原因：ArithmeticException
         * */
        int a = 10;
        int b = 0;
        System.out.println(a / b);
 
        /*
         * 2、编译期异常：java.io.FileNotFoundException
         *   原因：文件找不到异常通常是两种情况：1、系统找不到指定的路径 2、拒绝访问（指定的是目录时，就会报拒绝访问异常）
         * */
        FileInputStream fis = new FileInputStream("a.txt");
 
    }
}

异常发生时，是任程序自生自灭，立刻退出终止，还是输出错误给用户？或者用C语言风格：用函数返回值作为执行状态？

Java提供了更加优秀的解决办法：异常处理机制。异常处理机制能让程序在异常发生时，按照代码的预先设定的异常处理逻辑，针对性地处理异常，让程序尽最大可能恢复正常并继续执行，且保持代码的清晰。

Java中的异常可以是函数中的语句执行时引发的，也可以是程序员通过throw 语句手动抛出的，只要在Java程序中产生了异常，就会用一个对应类型的异常对象来封装异常，JRE就会试图寻找异常处理程序来处理异常。

Throwable类是Java异常类型的顶层父类，一个对象只有是 Throwable 类的（直接或者间接）实例，他才是一个异常对象，才能被异常处理机制识别。JDK中内建了一些常用的异常类，我们也可以自定义异常。

异常体系结构

Java标准库内建了一些通用的异常，这些类以Throwable为顶层父类。
Throwable又派生出Error类和Exception类。

错误：Error类以及它的子类的实例，代表了JVM本身的错误。错误不能被程序员通过代码处理，Error很少出现。因此，程序员应该关注Exception为父类的分支下的各种异常类。

异常：Exception以及它的子类，代表程序运行时发生的各种不期望发生的事件。可以被Java异常处理机制使用，是异常处理的核心。

Error和Exception的区别:

Error和Exception都有一个共同的根类是Throwable类。

Error是系统中的错误，程序员是不能改变的和处理的，一般是指与虚拟机相关的问题，如系统崩溃，虚拟机错误，内存空间不足，方法调用栈溢等。对于这类错误的导致的应用程序中断，仅靠程序本身无法恢复和和预防，遇到这样的错误，建议让程序终止。因此我们编写程序时不需要关心这类错误。
Exception，也就是我们经常见到的一些异常情况，表示程序可以处理的异常，可以捕获且可能恢复。遇到这类异常，应该尽可能处理异常，使程序恢复运行，而不应该随意终止异常。

异常分类

总体上我们根据Javac对异常的处理要求，将异常类分为2类。

我们常说的异常是狭义上的：就是指Exception及其子类，但是广义上的异常是包括Exception和Error；

Java的异常(包括Exception和Error)从广义上分为检查异常（checked exceptions）和非检查的异常（unchecked exceptions）。

其中根据Exception异常进行划分，可分为运行时异常和非运行时异常。
需要明确的是：检查和非检查是对于javac来说的，这样就很好理解和区分了。

检查异常

What:什么是检查异常(checked exception)?

就是编译器要求你必须处置的异常。不知道你编程的时候有没有遇到过，你写的某段代码，编译器要求你必须要对这段代码try…catch，或者throws exception，如果你遇见过，没错，这就是检查异常，也就是说，你代码还没运行呢，编译器就会检查你的代码，会不会出现异常，要求你对可能出现的异常必须做出相应的处理。

javac强制要求程序员为这样的异常做预备处理工作（使用try…catch…finally或者throws）。在方法中要么用try-catch语句捕获它并处理，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。这样的异常一般是由程序的运行环境导致的。因为程序可能被运行在各种未知的环境下，而程序员无法干预用户如何使用他编写的程序，于是程序员就应该为这样的异常时刻准备着。如SQLException , IOException,ClassNotFoundException 等。

比如:我们调用日期格式化类解析字符串的时候;

How:怎样处理检查异常（checked exception）?

1、继续抛出，消极的方法，一直可以抛到java虚拟机来处理，就是通过throws Exception抛出。

2、用try…catch捕获

注意，对于检查的异常必须处理，或者必须捕获或者必须抛出

Where:检查异常有哪些呢？

除了RuntimeException与其子类，以及错误（Error），其他的都是检查异常（绝对的大家族）。

非检查异常

What:什么是非检查异常（unchecked exceptions）？

编译器不要求强制处置的异常，虽然你有可能出现错误，但是编译器不会在编译的时候检查，没必要，也不可能。

javac在编译时，不会提示和发现这样的异常，不要求在程序处理这些异常。所以如果愿意，我们可以编写代码处理（使用try…catch…finally）这样的异常，也可以不处理。

对于这些异常，我们应该修正代码，而不是去通过异常处理器处理。这样的异常发生的原因多半是代码写的有问题。如除0错误ArithmeticException，错误的强制类型转换错误ClassCastException，数组索引越界ArrayIndexOutOfBoundsException，使用了空对象NullPointerException等等。

How:对非检查的异常(unchecked exception )怎样处理?

    1、用try...catch捕获
    2、继续抛出
    3、不处理
    4、通过代码处理

    一般我们是通过代码处理的，因为你很难判断会出什么问题，而且有些异常你也无法运行时处理，比如空指针，需要人手动的去查找。

    而且，捕捉异常并处理的代价远远大于直接抛出。

Why:为什么有非检查异常？

    你想想非检查异常都有哪些？NullPointerException，IndexOutOfBoundsException，VirtualMachineError等，这些异常你编译的时候检查吗？再说了，明明可以运行时检查，都在编译的时候检查，你写的代码还能看吗？而且有些异常只能在运行时才能检查出来，比如空指针，堆溢出等。

Where:非检查异常有哪些？

    RuntimeException与其子类，以及错误（Error）。

Exception异常划分

    Exception异常进行划分，它可分为运行时异常和编译期异常。

运行时异常：

是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等，这些异常是非检查异常，程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

运行时异常的特点是Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，即使没有用try-catch语句捕获它，也没有用throws子句声明抛出它，也会编译通过。

编译期异常：

是RuntimeException以外的异常，类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常，一般情况下不要自定义检查异常。

二、初识异常与常见异常

初识异常

下面的代码会演示2个异常类型：ArithmeticException 和 InputMismatchException。
前者由于整数除0引发，后者是输入的数据不能被转换为int类型引发。

import java.util.Scanner;
 
public class AllDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("----欢迎使用命令行除法计算器----");
        CMDCalculate();
    }
 
    public static void CMDCalculate() {
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        int num1 = scan.nextInt();
        int num2 = scan.nextInt();
        int result = devide(num1, num2);
        System.out.println("result:" + result);
        scan.close();
    }
 
    public static int devide(int num1, int num2) {
        return num1 / num2;
    }
}
 
/*****************************************
----欢迎使用命令行除法计算器----
2
0
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
	at AllDemo.devide(AllDemo.java:19)
	at AllDemo.CMDCalculate(AllDemo.java:13)
	at AllDemo.main(AllDemo.java:6)
----欢迎使用命令行除法计算器----
----欢迎使用命令行除法计算器----
1
r
Exception in thread "main" java.util.InputMismatchException
	at java.util.Scanner.throwFor(Scanner.java:864)
	at java.util.Scanner.next(Scanner.java:1485)
	at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2117)
	at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2076)
	at AllDemo.CMDCalculate(AllDemo.java:12)
	at AllDemo.main(AllDemo.java:6)
*****************************************/

异常是在执行某个函数时引发的，而函数又是层级调用，形成调用栈的，因为，只要一个函数发生了异常，那么他的所有的caller都会被异常影响。当这些被影响的函数以异常信息输出时，就形成的了异常追踪栈。

异常最先发生的地方，叫做异常抛出点。
从上面的例子可以看出，当devide函数发生除0异常时，devide函数将抛出ArithmeticException异常，因此调用它的CMDCalculate函数也无法正常完成，因此也发送异常，而CMDCalculate的caller——main 因为CMDCalculate抛出异常，也发生了异常，这样一直向调用栈的栈底回溯。这种行为叫做异常的冒泡，异常的冒泡是为了在当前发生异常的函数或者这个函数的caller中找到最近的异常处理程序。由于这个例子中没有使用任何异常处理机制，因此异常最终由main函数抛给JRE，导致程序终止。

上面的代码不使用异常处理机制，也可以顺利编译，因为2个异常都是非检查异常。但是下面的例子就必须使用异常处理机制，因为异常是检查异常。

代码中我选择使用throws声明异常，让函数的调用者去处理可能发生的异常。但是为什么只throws了IOException呢？因为FileNotFoundException是IOException的子类，在处理范围内。

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
 
public class ExceptionTest {
    public void testException() throws IOException {
        //FileInputStream的构造函数会抛出FileNotFoundException
        FileInputStream fileIn = new FileInputStream("E:\\a.txt");
 
        int word;
        //read方法会抛出IOException
        while ((word = fileIn.read()) != -1) {
            System.out.print((char) word);
        }
        //close方法会抛出IOException
        fileIn.close();
    }
}